Энцелад и Сатурн. Равноправные партнеры.
Энцелад – одно из тел солнечной системы, неизменно поражающих ученых. И это при том, что к нему уже давно приковано их пристальное внимание. Среди других явлений особенно выделяются потоки водяного пара и частичек льда, вырывающиеся из-под его поверхности. Впервые их обнаружил зонд Кассини в 2005 году. В этих струях были обнаружены простейшие органические соединения, а под поверхностью, судя по всему, спрятан гигантский океан. Огромные гейзеры Энцелада создают около него область, заполненную частиками льда, которые затем присваивает Сатурн, встраивая их в свое кольцо Е. Так что Энцелад является единственной (согласно современному состоянию исследований Солнечной системы) луной, оказывающей влияние на химический состав своей планеты.
В июне специалисты Европейского космического агентства объявили, что Космическая обсерватория Хершель обнаружила огромное облако водяного пара, которое образовало вокруг Сатурна тор. Или, если хотите, бублик. Его диаметр составляет около 600000 километров, и толщина – 60000 километров. Этот немалый пончик, судя по всему, является источником воды в верхних слоях атмосферы Сатурна.
Хотя облако имеет «приличные» размеры, его долго не могли обнаружить. Секрет скрытности бублика в том, что водяной пар прозрачен для света, спектр которого лежит в видимом диапазоне. Но от Хершеля ему скрыться не удалось, потому что обсерватория работает в инфракрасном диапазоне. Нельзя ли это открытие отнести к аргументам в пользу продолжения постройки телескопа Джеймса Уэбба?
Тем не менее, открытие бублика около Сатурна не стало совершенной неожиданностью. Аппараты Вояджер и телескоп Хаббл уже дали ученым намеки на то, что около Сатурна есть облака водяного пара. Затем в 1997 году Инфракрасная космическая обсерватория ЕКА собрала данные, на основе которых удалось проанализировать состав верхних слоев атмосферы газового гиганта и найти там воду. Эти данные были подтверждены в 1999 году.
После этого открытия встал вопрос о происхождении этой воды. В нижних, горячих слоях атмосферы содержится небольшое количество воды в газообразном состоянии. Но она не может подняться в верхние, холодные слои. Так что вода, найденная в верхних слоях атмосферы Сатурна должна была попасть туда из космоса. Но откуда и как, было совершенно неизвестно.
Ответить на этот вопрос позволило совместное использование наблюдений и математического моделирования. Когда еще не было данных Хершеля, ученые активно занимались вопросом происхождения воды. Было создано несколько моделей поведения молекул воды в облаках около Сатурна, из которых вода попадала бы в верхние слои его атмосферы.
Автором одной их этих моделей был Тим Кессиди из Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо (на тот момент он был постдоком в Лаборатории реактивного движения). «Что в этой модели, являющейся всего лишь одной из целого ряда аналогичных, интересного, – говорит Тим, – так это ее построение без привязки к каким-либо наблюдениям. Мы только ограниченно использовали данные Кассини, Вояджера и Хаббла, полагаясь в основном на хорошо разработанный физический аппарат. Мы совершенно не ожидали таких детализованных изображений бублика и столь точного совпадения. Сравнение данных моделирования и наблюдений оказалось для нас приятной неожиданностью».
Наблюдений Хершеля подтвердили основные утверждения модели. Большая часть пара, содержащегося в бублике, улетает в космос. Некоторая часть попадает в кольца Сатурна и замерзает, но небольшое ее количество, от 3 до 5 процентов, проходит через кольца и попадает в атмосферу. Этого количества вполне достаточно, чтобы объяснить ее наличие там. Других источников не требуется.
Наблюдения, проведенные на основе результатов моделирования, пролили свет не только на конец пути водяного пара, но и на его начало. Была получена новая информация о так называемых тигровых полосах, регионов в южном полушарии Энцелада, из которых и вырывается водяной пар и лед. Предыдущие измерения, проведенные Кассини, показали, что скорость истечения воды из-под поверхности спутника Сатурна составляет около 200 килограмм в секунду.
«При помощи измерений тора, сделанных Хершелем в 2009 и 2010 годах, а также с использованием нашей модели мы смогли рассчитать скорость истечения воды из Энцелада. Наши данные практически совпали с измерениями Кассини, основанными на совершенно других физических принципах», – говорит Кессиди.
Так что теперь можно наблюдать, как водяные пары выходят из-под поверхности Энцелада, и как в атмосфере Сатурна появляется основной конечный продукт этого процесса – атомарный кислород. Хотя небольшая доля молекул воды бублика достигает атмосферы газового гиганта в целом виде, большая часть расщепляется на атомы кислорода и водорода. Вода, находящаяся в бублике, постепенно диссоциирует, сначала образуя водород и оксид водорода, а затем водород и кислород. Этот кислород распределяется по атмосфере Сатурна. Этот кислород был впервые обнаружен зондом Кассини задолго до его приближения к планете. Его источник наконец известен.
Остается лишь удивляться, какое больше влияние имеет крохотный Энцелад на газовый гигант.
По материалам
